ĐƯỜNG ĐỐI TRUNG TRONG TAM GIÁC

Trần Duy Bình -THPT Chuyên Hà Nam 1.Định nghĩa: Trong tam giác ABC, đường thẳng đối xứng với đường trung tuyến AM qua đường phân giác trong AD gọi là đường đối trung của tam giác ABC xuất phát từ đỉnh A.

A

CMDSB

2.Một vài tính chất của đường đối trung

2.1.Đường đối trung chia trong cạnh đối diện thành những phần tỉ lệ với bình phương các cạnh kề.

2.2.Đường đối trung xuất phát từ một đỉnh của tam giác đi qua giao điểm của hai tiếp tuyến với đường tròn ngoại tiếp của tam giác tại hai đỉnh kia. Chứng minh:

A

MCB

D

Xét tam giác ABC với (O) là đường tròn ngoại tiếp tam giác. Giả sử tiếp tuyến tại B và C cắt nhau tại D. Ta cần chứng minh AD là đường đối trung của tam giác ABC. Thật vậy: Gọi AM là đường thẳng đối xứng với AD qua đường phân giác trong góc A, M thuộc BC. Khi đó

Suy ra M là trung điểm BC, khi đó AM là đường trung tuyếncủa tam giác ABC. Vậy AD là đường đối trung của tam giác ABC. 2.3.Ba đường đối trung của tam giác đồng quy tại một điểm. 2.4.Đường đối trung xuất phát từ một đỉnh của tam giác là quỹ tích của những điểm có tỉ số khoảng cách đến hai cạnh kề của tam giác tỉ lệ thuận với độ dài của các cạnh. 3. Ví dụ áp dụng Bài toán 1: Cho tam giác ABC, AD là đường đối trung ( D thuộc cạnh BC). Điểm M, N lần lượt nằm trên cạnh AB, AC sao cho

. Chứng minh rằng DM = DN.

B C

A

D

MN

Lời giải: Dễ thấy

Suy ra

Theo tính chất 2.1 ta có

Từ (1) và (20 suy ra (đpcm). Bài toán 2: Cho tam giác ABC, AD là đường đối trung ( D thuộc cạnh BC). E thuộc đoạn AD. Gọi d1 là đường thẳng qua E cắt cạnh AC, BC lần lượt tại N,P sao cho . Gọi d2 là đương thẳng qua E cắt cạnh AB, BC lần lượt tại M,Q sao cho . Chứng minh QM = PN.

A

B CP

EKI

NM

D Q

Lời giải: Qua E kẻ IK// BC. Theo giả thiết có: và

. Suy ra tam giác PEQ cân tại E ⇒ QE = EP.

Mặt khác, theo tính chất của đường đối trung áp dụng trong bài toán 1ta chứng minh được EM = EN. Vậy MQ = PN (đpcm). Bài toán 3: Gọi L là giao điểm ba đường đối trung của tam giác ABC. Từ L hạ ba đường vuông góc LP, LQ, LR xuống ba cạnh tam giác ABC. Chứng minh L là trọng tâm tam giác PQR.

Lời giải:

A

B CP

QR

LQ"

Kéo dài RL một đoạn sao cho LQ’’ = RL Theo tính chất 2.4 LR/AB = LQ/AC hay LQ’’/AB = LQ/AC

hay Suy ra LQ’’Q ABC Khi đó LP // QQ’’ , LP đi trung điểm RQ nên LP là trung tuyến xuất phát từ đỉnh P của tam giác PQR.Tương tự LQ cũng là trung tuyến của tam giác PQR. Vậy L là trọng tâm tam giác PQR. Bài toán 4: Cho tam giác ABC, M là điểm bất kỳ. Gọi H, I, K là hình chiếu của M trên BC, CA, AB. Tìm vị trí M sao cho MH2 + MI2 + MK2 nhỏ nhất. Lời giải: Ta có (a2+ b2+ c2)( MH2 + MI2 + MK2) (aMH+ bMI + cMK)2 4.S2(ABC). suy ra MH2 + MI2 + MK2 4.S2(ABC)/ a2+ b2+ c2 Đẳng thức khi M nằm trong ABC và MH/a= MI/b =MK/c hay M là giao điểm của ba đường đối trung. Bài toán 5: Cho tứ giác ABCD nội tiếp trong đường tròn (O). Các tiếp tuyến với (O) tại A, C và BD đồng quy tại S. Chứng minh

Lời giải: Gọi I là giao điểm AC và BD.

Theo tính chất 2.1

Suy ra đẳng thức cần chứng minh. Bài toán 6: (shortlist 2003) Cho ba điểm phân biệt A, B, C theo thứ tự nằm trên một đường thẳng. Gọi (C) là đường tròn luôn đi qua A, C ( AC không là đường kính ). P là giao điểm của tiếp tuyến của (C) tại A và C. Giả sử (C) cắt đoạn PQ tại Q. Chứng minh rằng giao điểm của đường phân giác góc AQC và đường thẳng AC cố định khi (C) thay đổi. Lời giải:

Theo 2.1 và 2.2 ta có

Suy ra

Do đó R cố định.(đpcm) Bài toán7: (Polan2000) Cho tam giác ABC cân tại C. P là điểm nằm trong tam giác sao cho

Gọi M trung điểm AB. Chứng minh = 1800. Lời giải:

C

AB

P

MI

O

Vẽ đường tròn (O) ngoại tiếp tam giác ABC Từ giả thiết ta có CB và AC là các tiếp tuyến của đường tròn (O). CP đối xứng PM qua phân giác góc APB. Kéo dài CP cắt AB tại I, khi đó Mà = 1800. Suy ra = 3600- ( = 1800 (đpcm). Bài toán 8:(VN-TST 2001) Trong mặt phẳng cho hai đường tròn cắt nhau tại hai điểm A, B. Gọi PT là một tiếp tuyến chung của hai đường tròn đó( P, T là tiếp điểm). Các

tiếp tuyến tại P, T của đường tròn ngoại tiếp tam giác APT cắt nhau tại S. Gọi H là điểm đối xứng của B qua PT. Chứng minh A, S, H thẳng hàng.

A

BP

T

S

HI

1

Lời giải: Ta có = 1800

Suy ra = 1800 ⇒ Tứ giác APHT nội tiếp được.

Khi đó , do đó PH đối xứng với AB qua phân giác của . Giả sử AB cắt PT tại I, suy ra I là trung điểm PT. Suy ra AS đối xứng với AI qua đường phân giác góc . Vậy A, H, S thẳng hàng. 4.Bài tập tương tự Bài 1: (USA-TST-2007) Cho tam giác ABC nội tiếp trong đường tròn (O). Tiếp tuyến của (O) tại B,C cắt nhau tại T. Gọi S là điểm thuộc đường thẳng BC sao cho AS vuông góc với AT. B1, C1 nằm trên ST (C1 nằm giữa B1 và S) sao cho B1T = BT = C1T. Chứng minh rằng tam giác ABC đồng dạng tam giác AB1C1. Bài 2: (USA 2008) Cho tam giác ABC nhọn, không đều. Gọi M,N,P lần lượt là trung điểm của BC, CA, AB. Đường trung trực của AB và AC cắt AM tại D và E. BD cắt CE tại F nằm trong tam giác ABC. Chứng minh A, N, F, P nằm trên một đường tròn. Bài 3: Từ một điểm S ở ngoài đường tròn tâm O, bán kính R vẽ hai tiếp tuyến ST, ST/ và cát tuyến SAB tới đường tròn. Đường thẳng kẻ từ A, vuông góc với OT cắt TT/ và TB tại C và D. Chứng minh AC = CD.

5. Tài liệu tham khảo. 1. Yufei Zhao, Lemmas in Euclidean Geometry. 2.Andreescu, T. ; Feng, Z,. 103 Trigonomerty Problems from the Training of the USA IMO Tem, Birkhauser, 2004. 3.Nguyễn Văn Ban-Hoàng Chúng, Hình học của tam giác. 4.Nguyễn Tường, Chung quang đường trung tuyến.